Partie II. Exercice 2 (6 points) Diversité et complémentarité des métabolismes Les feuilles des végétaux chlorophylliens sont des organes impliqués dans l’autotrophie pour le carbone grâce à la photosynthèse. Expliquer comment les structures de la feuille montrées dans les documents coopèrent dans la réalisation de la photosynthèse. Document 1: fixation du dioxyde de carbone (14CO2) par une feuille. a. Dispositif expérimental : Remarque : H2SO4 + 2NaH14CO2 214CO2 + 2H2O + 2Na+ + SO42- b. Autoradiographie après 5 minutes d'exposition au 14CO2 à la lumière. Seuls les glucides radioactifs au 14C impressionnent fortement la plaque photographique (zone sombre sur le document). D'après Mazliak, Physiologie végétale, nutrition et métabolisme, Hermann Document 2: La carboxylase est une enzyme qui assure l'incorporation de CO2 dans des molécules intermédiaires pour la synthèse de glucides. C5P2 Ribulose biP + CO2 2APG Carboxylase glucides Acide phosphoglycérique Elle est localisée par la technique d'immunofluorescence : les organites contenant cette enzyme apparaissent en blanc brillant. Coupe transversale dans une feuille de Betterave x130 Biologie terminale D, Nathan 1989 -1- Document 3 : a. Photographie d'une coupe transversale de feuille x130 b. Degré d'ouverture des stomates chez Arbutus unedo (Arbousier) pendant une journée ensoleillée. c. Intensité de la photosynthèse chez Arbutus unedo, exprimée par la quantité de CO2 fixée. D'après Stomata Willmer et Fricker, éditeurs Chapman et Hall -2- Correction. Expliquer comment les structures de la feuille montrées dans les documents coopèrent dans la réalisation de la photosynthèse. Doc1. Le CO2 radioactif, fabriqué suivant le dispositif proposé, n’est mis en contact avec la feuille que sur une petite surface localisée sur la face inférieure. Une moitié de la feuille environ est placée à l’obscurité, l’autre à la lumière. On remarque que toute la portion de la feuille exposée à la lumière devient radioactive : elle contient donc des glucides radioactifs. Ces glucides radioactifs ont donc été fabriqués à partir du CO2 lui-même marqué. Le CO2 est donc utilisé pour synthétiser ces molécules organiques. Il diffuse dans toute la feuille à partir du point d’entrée. Toutefois les molécules organiques radioactives n’apparaissent qu’en présence de lumière : leur synthèse nécessite de la lumière. Doc2 et 3a. La carboxylase incorpore le CO2 sur C5P2 et fabrique APG (voir équation) : elle intervient donc dans la fabrication des molécules organiques lors de l’autotrophie au carbone (donc dans la synthèse des molécules vues dans le document 1). Elle apparaît en blanc par immunofluorescence, et est localisée dans les parenchymes chlorophylliens (palissadique et lacuneux). C’est le lieu de réduction du CO2. Elle est visiblement localisée dans les chloroplastes, organites de la photosynthèse. Doc3b et 3c. L’ouverture des stomates se fait le jour (entre 8 heures et 20 heures). On observe deux maxima : à 10 h et à 17 h (avec 80 % de l’ouverture maximale). Un minima se déroule vers 13 heures (sécheresse de l’air liée à l’intensité solaire : c’est pour éviter tout risque de perte importante d’eau pour la plante). L’intensité photosynthétique est maximale entre 7 heures et 21 heures. Deux maxima à 9 heures et 17 heures (20 ng de CO2 incorporé dans molécules organiques). Un minima vers 13 heures. On remarque une corrélation entre l’ouverture des stomates et l’incorporation du CO2. Plus le degré d'ouverture des stomates est grand, plus l'entrée de CO2 est forte et plus l'intensité photosynthétique est grande. Les stomates permettent ainsi l’entrée du CO2 dans la feuille. Ils sont situés sur la face inférieure des feuilles (doc 3a), ce qui permet là aussi d’éviter un dessèchement du végétal. Les stomates communiquent avec un réseau de lacunes parcourant toute la moitié inférieure de la feuille : il y a une véritable atmosphère interne dans la feuille, enrichie en CO2. Toutes les cellules des parenchymes communiquent avec cette atmosphère interne, et peuvent prélever le CO2 . Bilan. Il y a coopération entre diverses structures, et à différentes échelles : les stomates permettent l'entrée du CO2 dans la feuille. Il diffuse ensuite à travers les lacunes du parenchyme lacuneux. Le parenchyme dans son ensemble contient des chloroplastes riches en enzyme carboxylase. Cette enzyme, en présence de lumière, effectue une incorporation du CO2 et permet la synthèse de molécules organiques nécessaires au végétal. -3-